Chemical Journal of Kazakhstan
Volume 4, Number 80(2022), 69-78 https://doi.org/10.51580/2022-3/2710-1185.95 УДК 622.276
Chernyakova Raissa Michailovna
Doctor of Tech. Sciences, Professor, e-mail:
[email protected] Dzhussipbekov Umirzak
Zhumassilovish
Corr. Member of the NAS of the RK, Professor, Doctor of Tech.
Sciences, e-mail: [email protected]
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИПОЛИФОСФАТА НАТРИЯ В СИСТЕМЕ
«СОЛЬ ОЙМАША - Н2О - ТПФН»
Р.А. Кайынбаева*, Г.Ш. Султанбаева, Н.Н. Кожабекова, А.К. Шакирова, Р.М. Чернякова, У.Ж. Джусипбеков
АО Институт химических наук имени А.Б. Бектурова, Алматы, Казахстан E-mail: [email protected]
Резюме. Введение. Технологические жидкости на основе концентрированных растворов неорганических солей, не содержащие твердых фаз, позволяют максимально снизить себестоимость и сохранить коллекторские свойства продуктивных пластов и оборудования.
Изучение влияния различных факторов на выбор типа технологической жидкости без твердой фазы позволяет создать отечественное производство технологических жидкостей. Очень важным параметром при выборе жидкостей для промывки и ремонта скважины является коррозионная активность, для предотвращения которой следует применять обработку воды ингибиторами. Из фосфорсодержащих соединений в качестве ингибиторов коррозии используются фосфаты, полифосфаты, тиофосфаты, пирофосфаты, фосфонаты и др. Которые относятся к анодным ингибиторам и при использовании на поверхности металла образуют труднорастворимые соединения оксидов, гидроксидов и солей, замедляющих коррозию. Цель. Изучить влияние концентрации триполифосфата натрия на коррозионную агрессивность в системе «Соль Оймаша – Н2О –ТПФNa» в зависимости от типа применяемых вод. Методы. Исследования проводились гравиметрическим методом при комнатной температуре. Результаты и обсуждение: Полученные результаты показали, что при увеличении концентрации соли Оймаша до 30% и ТПФNa в системе
«Соль Оймаша – Н2О – ТПФNa» приводит к повышению плотности растворов от 1.090г/см3 до 1.165 г/см3 и интенсивно уменьшает скорость коррозии стали. При концентрациях триполифосфата натрия до 250 мг/л снижается Vкорр до125 мм/год и при указанных Ссоли и СТПФН степень защиты Z равна 83.58%. Добавка ТПФNa в систему «Соль Оймаша – сточная Н2О» повышает скорость коррозии стали, при этом скорость коррозии стали относительно контрольного опыта уменьшается 0.118 - 0.165 мм/год. Наибольшая степень защиты (50.6 %) достигается при концентрации СТПФН = 20 мг/л. Выводы: Найдено, что в композиционных системах высокая степень защиты достигается в морской (83.58 %) воде. Морская вода с добавками соли Оймаша и ТПФNa может применяться для приготовления композиционных жидкостей глушения.
Ключевые слова: соль Оймаша, морская вода, сточная вода, смешанная вода, жидкость глушения, триполифосфат натрия, скорость коррозии
Кайынбаева Раушан Алибековна Канд.техн. наук, ведущий научный сотрудник Султанбаева Гита Шамильевна Канд.техн. наук; ведущий научный сотрудник Кожабекова Назым Нургудыровна Канд. хим. наук, научный сотрудник
Шакирова Айнур Кызырбековна Канд.хим. наук, ведущий научный сотрудник Чернякова Раиса Михайловна Доктор техн. наук, профессор
Джусипбеков Умирзак Жумасилович
член корр НАН РК, профессор, доктор техн.наук
1. Введение
На современном этапе эксплуатации нефтяных месторождений возросло использование жидкостей глушения, применяемых при строительстве и ремонте скважин. В настоящее время наибольшее распространение в виде технологических жидкостей получили растворы кальция, натрия и калия. Технологические жидкости на основе концентрированных растворов неорганических солей, не содержащие твердых фаз, позволяют максимально снизить себестоимость и сохранить коллекторские свойства продуктивных пластов и оборудования. Изучение влияния различных факторов на выбор типа технологической жидкости без твердой фазы позволяет создать отечественное производство технологических жидкостей плотностью 1100-1200 кг/м³. При этом очень важным параметром при выборе жидкостей для промывки и ремонта скважины является коррозионная активность. Низкая коррозионная активность жидкостей для бурения и ремонта скважин позволяет избежать коррозии наземного и внутрискважинного оборудования. Коррозия, вызванная рассолом, возникает в результате электрохимических реакций, которые способствуют проводимости растворов.
В настоящее время в качестве реагента для приготовления жидкостей глушения широко используется раствор хлорида натрия (NaCl), применение которого обусловлено ее дешевизной и хорошей растворимостью в воде.
Однако применение только растворов на основе хлорида натрия может привести к усилению коррозионных процессов.
Для предотвращения коррозии трубопроводов и теплообменных аппаратов следует применять обработку воды ингибиторами. Из фосфорсодержащих соединений в качестве ингибиторов коррозии используются тиофосфаты, пирофосфаты, фосфорамиды, фосфоновые кислоты, фосфонаты, диалкил- и диарилфосфаты. Фосфаты и полифосфаты также находят применение в качестве замедлителей коррозии стали в воде и рассолах. В качестве ингибиторов следует применять триполифосфат натрия, гексаметафосфат натрия, трехкомпонентную композицию (гексаметафосфат или триполифосфат натрия, сульфат цинка и бихромат калия), силикат натрия и др. [1]. Все фосфаты относятся к анодным ингибиторам – пленкообразователям, которые при использовании на поверхности металла образуют труднорастворимые соединения оксидов, гидроксидов и солей, замедляющих коррозию [2].
При использовании ингибиторов и защитных покрытий в системах
оборотного водоснабжения следует предусматривать тщательную очистку
теплообменных аппаратов и трубопроводов от отложений и обрастаний. В
качестве ингибиторов следует применять триполифосфат натрия,
гексаметафосфат натрия, трехкомпонентную композицию (гексаметафосфат
или триполифосфат натрия, сульфат цинка и бихромат калия), силикат
натрия и др. При использовании триполифосфата и гексаметафосфата
ингибиторов в воде оборотной системы в течение 2-3 сут. должна приниматься 100 мг/л (в расчете на P
2O
5) в добавочной воде для поддержания фосфатной пленки - 7-15 мг/л по P
2O
5. При этом скорость движения воды в теплообменных аппаратах должна быть не менее 0.3 м/с [3].
В работе [4] для ингибирования внутренней коррозии и солеобразования в оборотных системах использован состав, содержащий 90 – 100 (мг/л) триполифосфата натрия и 0.9 – 1.2 (мг/л) сульфата цинка.
Авторами работ синтезированы полифосфаты натрия, модифицированные оксидом цинка и в лабораторных условиях показано, что в водах с повышенным содержанием сульфат-ионов (1000 мг/л) полифосфаты натрия- цинка ингибируют скорость коррозии латуни в диапазоне концентраций 5- 40 мг Р
2О
5[5].
Известно, что большинство нефтепромыслов Казахстана испытывает дефицит пресной воды, в результате чего в технологических целях для приготовления жидкостей глушения используют пластовую и морскую воду, а также смесь морской и пластовой воды в соотношениях 2:1. Для пластовых и морских вод нефтяных месторождений характерна повышенная минерализация. В их состав входят: хлориды, кальция или гидрокарбоната натрия, незначительное количество сульфатов и др.
Связи с этим в работе было изучено совместное влияние различных типов воды и добавки триполифосфата натрия в качестве ингибиторов коррозии металлов в системе «Соль Оймаша – Н
2О».
2. Экспериментальная часть
Исследование коррозионной активности жидкостей глушения и методика оценки ингибирующих свойств растворов проведено гравиметрическим методом [6]. В качестве образцов использовали стальные пластинки (Ст3) размерами 28х48х1мм. Исследование проводили при комнатной температуре.
Ранее проведенные работ по выбору рабочих концентраций добавляемой технической соли Оймаша (месторождения Мангыстауский обл.) при приготовление жидкостей глушения, показали, что при добавке соли от 1 до 30% увеличивает скорость коррозии металла и повышает плотность раствора жидкостей глушения. Исходя из полученных результатов, в качестве рабочей концентрации соли Оймаша, при которой проводили дальнейшие испытания, была выбрана концентрация 30% (ρ- 1.160 г/см
3, Vкор-0.198 мм/год).
3. Результаты и обсуждение
Полученные результаты исследований влияния концентрации солей
ТПФNa на скорость коррозии стали в системе «Соль Оймаша – морская
Н
2О» с различными содержаниями соли Оймаша представлены рисунке 1.
Из полученных результатов следует, что в морской воде при добавке ТПФNa в концентрациях от 20 до 100 мг/л в пределах каждой из исследуемых концентраций соли Оймаша (рисунок 1, кривые а, б) снижается скорость коррозии V
коррпо сравнению с контрольным опытом (V
корр–0.762мм/год). Выявлено, что добавка раствора ТПФNa в коррозионную среду, содержащую 25 % соли Оймаша уменьшает Vкорр относительно контрольного опыта на 0112-0,344 мм/год. Для каждой из исследуемых концентраций соли повышение содержания ТПФN a также уменьшает V
корри увеличивает степень защитного действия Z (от 14.48- 46.27%).
Рисунок 1- Зависимость скорости коррозии от концентрации ТПФNa в морской воде:
(а) – с добавкой 25 % соли Оймаша, (б) – с добавкой 30 % соли Оймаша, В - контроль без добавки ТПФNa
Положительный эффект достигается при увеличении концентрации соли Оймаша до 30% и концентрации С
ТПФНдо 250 мг/л. Одновременное повышение концентрации соли Оймаша и ТПФNa повышает плотность растворов от 1.090г/см
3до 1.165 г/см
3в системах и интенсивно уменьшает скорость коррозии стали. При концентрациях триполифосфата натрия до 250 мг/л V
коррснижается до125мм/год. Vкорр относительно контрольного опыта в 6,1 раза и повышает степень защиты Z при указанных С
солии С
ТПФНравна 83.58%. При этом система «соль Оймаша – Н
2О
морская– ТПФNa»
характеризуется как малоагрессивная.
Влияние концентрации ТПФNa на скорость коррозии в системе «Соль
Оймаша – сточная Н
2О» с концентрацией соли Оймаша 25% показало, что
пределах повышает скорость коррозии стали, но значения скорости коррозии ниже чем в контрольном опыте без добавки ингибитора (Vкорр=0.282мм/год) (рисунок 2).При этом скорость коррозии стали относительно контрольного опыта уменьшается 00,118-0,165 мм/год.
Наибольшая степень защиты (50.6 %) достигается при концентрации С
ТПФН=20 мг/л. В сточной воде триполифосфат работает в области его низких концентраций.
В сточной воде значение плотности растворов повышается от 1.084 до 1.091 г/см
3. Таким образом, введение ТПФNa независимо от его концентрации заметно уменьшает V
корр.Рисунок 2 - Зависимость скорости коррозии от концентрации ТПФNa в сточной воде(а), в контрольном опыте без добавки ТПФNa(б)
Согласно данным рисунка 3 в смешанной воде (С
соли=25 %) плотность
растворов для всех исследуемых концентраций ТПФNa меняется
незначительно (1.180-1.182 г/см
3) и близка к контрольному опыту (1.180
г/см
3). Изменение скорости коррозии в зависимости от концентрации
ТПФNa носит волнообразный характер, достигая минимума (0.117 и 0.112
мм/год) при С
ТПФНравной 80 и 100 мг/л. При указанных концентрациях
степень защиты составляет 70.36 и 71.74 %. Скорость коррозии при добавке
80 и 100 мг/л ТПФNa соответственно меньше на 0.278 и 0.283 мм/год, чем в
контрольном опыте (0.395 мм/год).
Рисунок 3 - Зависимость скорости коррозии от концентрации ТПФNa в системе «Соль Оймаша – смешанной Н2О – ТПФNa » (а), контроль в системе «Соль Оймаша – смешанная Н2О» (б)
Водно-солевая система характеризуется как слабоагрессивная (V
коррв пределах 0.01-0.1мм/год). Следует отметить, что добавка ТПФNaв смешанную солесодержащую воду снижает V
коррв 1.3-3.5 раза по сравнению со V
коррконтрольного опыта (без ТПФNa).
Таблица – Оптимальные концентрации соли Оймаша и ТПФNa Тип воды С соль,
%
СГМФNа,
%
Потеря массы,
∆mֽ г
ρ,
г/см3 Vкорр,
г/см2.сут Vкорр, мм/год Z, % морская вода 30 250 0.0160 1.165 0.113 0.125 83.58 смешанная вода 25 100 0.0143 1.181 0.101 0.112 71.74 сточная вода 25 20 0.0238 1.084 0.106 0.117 50.60